第四章场效应管放大电路PPT推荐.ppt

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场效应管的小信号模型；

内容提要内容提要场效应管是利用半导体表面或内部电场效应来控制输出电流（D）大小的一种半导体器件，它输入端基本上不取电流，具有一系列优点。

根据结构的不同，场效应管分为结型场效应管和绝缘栅场效应管两大类。

14.1结型场效应管结型场效应管结型场效应管有N沟道和P沟道两种。

一、特性曲线一、特性曲线

（1）输出特性曲线从输出特性曲线上很明显的得出：

场效应管是电压控制型器件，栅源间电压GS控制漏极电流D。

（2）转移特性曲线可直接从输出特性曲线上用作图法求出。

JFET的工作原理的工作原理（以N沟道器件为例）（重点难点）预备知识：

PN结正偏，空间电荷区变窄；

PN结反偏，空间电荷区变宽。

N型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子。

（1）栅源间电压GS对D的控制2当漏源间短路，栅源间外加负向电压GS时，结型场效应管中的两个PN结均处反偏状态。

随着GS负向增大，加在PN结上的反向偏置电压增大，则耗尽层加宽。

由于N沟道掺杂浓度较低，故耗尽层主要集中在沟道一侧。

耗尽层加宽，使得沟道变窄，沟道电阻增大，如图（b）所示。

当GS负向增大到某一值后，结两侧的耗尽层向内扩展到彼此相遇，沟道被完全夹断，此时漏源间的电阻将趋于无穷大，如图（c）所示。

相应于此时的漏源间电压GS称为夹断电压夹断电压，用GS（off）（或P）表示。

观看动画

（2）漏源电压DS对沟道的影响当GSp且为某一定值，如果在漏源间加上正向电压DS，DS将在沟道中产生自漏极指向源极的电场，该电场使得N沟道中的多数载流子电子沿着沟道从源极漂移到漏极形成漏极电流D。

3由于导电沟道存在电阻，D流经沟道产生压降，使得沟道中各点的电位不再相等，于是沟道中各点与栅极间的电压不再相等，也就是加在PN结两端的反向偏置电压不再相等，近源端PN结上的反向电压最小，近漏端的反向电压最大，结果使耗尽区从漏极到源极逐渐变窄，导电沟道从等宽到不等宽，呈楔形分布，如图（a）所示。

随着DS的增大，D增大，沟道不等宽的现象变得明显，当DS增大到某一值时，近漏端的两个耗尽区相遇，这种情况称为预夹断预夹断，如图（b）所示。

继续增大DS，夹断点将向源极方向延伸，近漏端出现夹断区，如图（c）所示。

由于栅极到夹断点A之间的反向电压GA不变，恒为P，因此夹断点到源极之间的电压也就恒为GS-P，而DS的增加部分将全部加在漏极与夹断点之间的夹断区上，形成较强的电场。

在这种情况下，从漏极向夹断点行进的多子自由电子，一旦到达夹断点就会被夹断区的电场漂移到漏极，形成漏极电流。

一般情况下，夹断区仅占沟道长度的很小部分，因此DS的增大而引起夹断点的移动可忽略，夹断点到源极间的沟道长度可以认为近似不变，同时，夹断点到源极间的电压又为一定值，所以可近似认为D是不随DS而变化的恒值。

观看动画二、主要参数二、主要参数夹断电压、饱和漏极电流、低频跨导、输出电阻、最大耗散功率44.2绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管由于栅极与源极、漏极之间是相互绝缘的，故称为绝缘栅场效应管。

一、一、MOS管的分类管的分类根据MOS管所用半导体材料的差异，MOS场效应管分为P沟道和N沟道两大类。

由于采用的工艺不同，每种材料做的MOS管又分为增强型和耗尽型两种。

二、二、MOS管的开关作用管的开关作用MOS管作为开关元件，它工作在截止或导通状态。

由于MOS管是电压控制型器件，所以由GS决定其工作状态。

3MOSFET的工作原理（以N沟道增强型器件为例）MOS管是指由金属（Metal）、氧化物（Oxide）、半导体（Semiconductor）三种材料构成的三层器件。

（1）栅源间电压GS对D的控制当栅源间无外加电压时，由于漏源间不存在导电沟道，所以无论在漏源间加上何种极性的电压，都不会产生漏极电流。

正常工作时，栅源间必须外加电压以使导电沟道产生，导电沟道产生过程如下：

5当在栅源间外加正向电压GS时，外加的正向电压在栅极和衬底之间的i2绝缘层中产生了由栅极指向称底的电场，由于绝缘层很薄（0.1um左右），因此数伏电压就能产生很强的电场。

该强电场会使靠近i2一侧P型硅中的多子（空穴）受到排斥而向体内运动，从而在表面留下不能移动的负离子，形成耗尽层。

耗尽层与金属栅极构成类似的平板电容器。

随着正向电压GS的增大，耗尽层也随着加宽，但对于P型半导体中的少子（电子），此时则受到电场力的吸引。

当GS增大到某一值时，这些电子被吸引到P型半导体表面，使耗尽层与绝缘层之间形成一个N型薄层，鉴于这个N型薄层是由P型半导体转换而来的，故将它称为反型层反型层。

反型层与漏源间的两个N型区相连，成为漏源间的导电沟道。

这时，如果在漏源间加上电压，就会有漏极电流产生。

人们将开始形成反型层所需的GS值称为开启电压开启电压，用GS（on）（或T）表示。

显然，栅源电压GS越大，作用于半导体表面的电场越强，被吸引到反型层中的电子愈多，沟道愈厚，相应的沟道电阻就愈小。

（2）漏源电压DS对沟道的影响D流经沟道产生压降，使得栅极与沟道中各点的电位不再相等，也就是加在“平板电容器”上的电压将沿着沟道产生变化，导电沟道从等宽到不等宽，呈楔形分布。

余下情况的分析与JFET类似。

6结型场效应管的结构78结型场效应管的工作原理91vGS对iD的控制作用vGS=0的情况VPvGS0的情况vGSVP102vDS对iD的影响vDSvGS-VP的情况11结型场效应管的特性曲线1输出特性曲线输出特性曲线用来描述vGS取一定值时，电流iD和电压vDS间的关系，即可变电阻区饱和区（也称恒流区）击穿区122.转移特性曲线（a）vDS=10V时的转移特性曲线（b）vDS取不同值时的转移特性曲线（VPvGS0）13N沟道增强型MOS管的结构N沟道增强型MOS管代表符号P沟道增强型MOS管代表符号14N沟道增强型MOS管的工作原理1vGS对iD及沟道的控制作用152vDS对iD的影响16N沟道增强型MOS管的特性曲线17N沟道耗尽型MOS管18场效应管和半导体三极管一样能实现信号的控制作用，所以也能组成放大电路，不同的是，半导体三极管是通过基极电流来控制集电极电流，而场效应管则是通过栅源电压来控制漏极电流。

场效应管组成放大电路时，也必须设置合适的静态工作点，所不同的是，场效应管是电压控制器件，它只需合适的偏压，而不需要偏流，不同类型的场效应管，对偏置电压的极性有不同的要求。

（1）偏置方式：

固定偏压、自偏压、分压式自偏压。

（2）静态分析：

图解法、近似计算法。

（3）动态分析：

一般用小信号模型法。

4.3场效应管放大电路场效应管放大电路19VGS=-IDRS图解法图解法

（1）作直流负载线（从输出回手）

（2）利用直流负载线上的点直流负载线上的点作转移特性曲线（3）定静态工作点Q（4）代入数据，得Q：

VGS，VDS，ID20共源极放大电路及其小信号模型分析法三种基本组态:

共源极、共漏极和共栅极（极少用）放大电路共源极放大电路中频电压增益；

输入电阻输出电阻21共漏极放大电路中频电压增益输入电阻输出电阻22场效应管放大电路与晶体管放大电路比较场效应管放大电路与晶体管放大电路比较场效应管放大电路与晶体管放大电路类比关系场效应管和晶体管放大电路工作机理不同，但两种器件之间存在电极对应关系，即栅极G对应基极，源极S对应发射极，漏极D对应集电极，但晶体三极管是电流控制器件，场效应管是电压控制器件。

在分析放大电路时，均采用微变等效电路法。

需注意两者不同之处是受控源的控制量。

场效应管受电压控制，晶体三极管受电流控制。

场效应管输入电阻很高，分析时，可认为输入端开路。

在实际分析中，包含场效应管的电路比包含晶体管的电路简单。

23思考题思考题1.为什么结型场效应管的输入电阻比三极管的输入电阻高得多？

2.结型场效应管作放大器件用时，它的栅极与沟道间的PN结能加正向偏置电压吗？

为什么？

1.场效应管是利用外加电压产生的_来控制漏极电流的大小的。

A.电流B.电场C.电压2.场效应管是_器件，而三极管是_器件。

A.电压控制电压B.电流控制电压C.电压控制电流D.电流控制电流3.结型场效应管利用删-源极间所加的_来改变导电沟道的电阻。

A.反偏电压B.反向电流C.正偏电压D.正向电流24判断：

1结型场效应管通常可采用两种直流偏置电路，即自偏压方式和分压式自偏压电路。

（）2增强型MOS管也可以采用与结型场效应管同样的两种偏置方式。

（）3耗尽型MOS管不能采用自偏式方式。

（）图示电路中能进行正常放大的是电路_25为使图示电路具有放大作用，必须_A.在源极加一电阻RB.在栅极与Rg2间加一电阻Rg3C.去掉电阻Rg2D.将电源+VDD改为-VDD一.1.对2.错3.错二.1.C2.A26